生物反应器助力提高mRNA疫苗开发进展及生产效率

继美国食品和药物管理局（FDA）批准新冠肺炎疫苗后，mRNA疫苗被认为是对抗流行病有利的武器。mRNA分子作为疫苗关键的优势在于其免疫激活能力和作为免疫佐剂发挥作用的能力。一款真正安全有效的临床mRNA疫苗产品还面临着需要平衡免疫激活和编码抗原表达的挑战。

据相关报道称，目前临床上成功的产品都是化学修饰或未修饰核苷酸碱基的非复制mRNA疫苗。两款获批mRNA产品，辉瑞公司-BioNTech的BNT162b2和Moderna的mRNA-1273，均是含有化学修饰的疫苗。

针对新冠肺炎的未修饰RNA疫苗试验的结果却不尽人意。据CureVac报告称，其未经修饰的CureVac新冠肺炎疫苗（CVnCOV）对冠状病毒感染的保护率仅为47%。造成这种结果可能是试验期间存在SARS-CoV-2变异；也可能是试验所用剂量相对更低；也有假设认为未修饰RNA的翻译效率可能较低，导致表位水平较低。

除了上述非复制型mRNA疫苗外，有几个研究小组也在研究自扩增构建体，增加抗原蛋白表达。到目前为止，仅完成了早期临床试验。与重组蛋白疫苗类似，mRNA疫苗都具有不产生传染性颗粒的优点。mRNA重要的优势在于其可作为蛋白质翻译模板。传统疫苗往往依赖动物细胞培养或鸡胚，mRNA一旦进入患者细胞就可以变为终产物。

疫苗快速开发

mRNA疫苗发展迅速，在病毒感染/DNA疫苗在非人灵长类动物免疫试验结果报道披露之前，首批产品就已经进入临床试验。疫苗开发的速度从数年缩短至如今的11个月。



新冠肺炎大流行挑战了传统的疫苗开发方法，创造了一个独特的环境来激励加速mRNA疫苗研究。公共卫生突发事件推动了研发工作的进展，促使生产商找到缩短至临床时间的方法，例如，平行生物反应器推进开发过程的不同部分、应用于质粒制备和体外转录工艺的研究生产。而一次性罐体更进一步提高了mRNA疫苗工艺的合规性和生产效率。


                                                                         平行生物反应器（1L-15L）
 

一次性平行生物反应器（250ml缩小模型）

生产放大

mRNA疫苗的优势在于快速和放大灵活性。mRNA疫苗生产也不需要专门的设施或生物安全车间；不受鸡蛋生产能力的限制；在无细胞系统中生产可将细菌污染的风险降至更低。目前普遍的观点认为mRNA疫苗成本结构优于传统疫苗，具体有更好的性价比。

快速抗原特异性序列优化

快速抗原特异性序列优化mRNA技术的另一个优势是能够在引入不同序列时重新设计抗原。与蛋白质或肽的生物工程相比，过程更加简单。利用这一优势已经开发出了多种候选疫苗。此外一些正在开发中的疫苗可以经此优化进行迭代，提高保护效果，这是mRNA产品的另一大特点。

编码多种蛋白及调节免疫原性

mRNA还具有可以编码多种蛋白和/或蛋白亚结构的优势，而通过重组蛋白实现则挑战重重。产品生产过程中产生的固有免疫原性也可用于增强mRNA的免疫反应。这是mRNA疫苗的另一优势，通过激活免疫反应通路，诱导DC成熟及后续的B、T细胞强免疫反应。

mRNA递送纳米制剂

临床上的大多数mRNA药物使用LNP（脂质纳米粒）进行递送。FDA批准的第一款基于RNA的寡核苷酸药物（Patisiran）是一种LNP制剂，包括可电离脂质D-Lin-MC3-DMA（MC3），以及DSPC、胆固醇和PEG2000-DMG。BioNTech新冠肺炎疫苗BNT162b2也是使用LNP进行递送。测试和生产合适的脂质制剂对于加速进入临床试验的显得愈发重要。
 

mRNA递送制剂构成
 

mRNA结合了基因治疗和蛋白质治疗的许多优点，同时解决了两者面临的挑战。例如，目前已在CMV（巨细胞病毒）候选疫苗开发和癌症治疗上得到了应用。随着新冠病毒株的不断涌现，mRNA将更加有机会展现其灵活性的优势。随着该领域对技术的优化和完善，mRNA药物很可能将被开发用于传染病和癌症以外的适应症。